《无线传感器网络》课程教学探究

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1、《无线传感器网络》课程教学探究　　摘要：根据《无线传感器网络》课程实践性强的特点，在课程的研究生教学阶段改变了本科教育以讲授知识点为主要手段的教学模式，而是采用以综合性实验设计为贯穿主线、以科学研究方法为教学手段的科研型教学模式。借助凌阳实验箱，建立了一个环环相扣、覆盖课程主要内容的实验体系，探索了复杂实验中多人分组实验的教学实施方法和效果评价方法，并对物联网专业建设中的WSN课程定位等问题进行了有益探索。　　关键词：无线传感器网络；物联网；研究型教学模式；实验体系设置　　DOIDOI：10.11907/rjdk.161787　　中图分类号：G434　　文献标识码：A

2、文章编号：16727800（2016）010018802　　0引言　　2009年，南京邮电大学在国内首先兴建了物联网学院。学科成立之初，课程体系建设尚无先例可循。因此，如何建立具有物联网学科特色的课程体系成为了每一个任课教师需要思考的问题。近年来，学界逐步明确了物联网学科的“源科学”是计算机科学[1]。将物联网工程专业的课程建设大致分为两部分：计算机学科的基础课程与体现专业特点的专业课程。专业课程主要包括：介绍物联网基本概念的“物联网导论”、讨论感知层知识与技术的“感知技术及应用”、讨论物联网环境中无线通信技术的“物联网中的无线通信技术”、介绍物联网应用系统设计与规划

3、方法的“6物联网应用系统设计技术”和介绍物联网信息安全个性技术的“物联网安全技术”等。　　无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）是物联网底层重要的感知技术。作为重要的学科专业课程，其知识点从感知层硬件到应用层安全技术，内容多、难度大，体现了物联网学科的交叉特色与前沿性。该课程在传统的通信和自动化控制专业早已形成完善的体系结构，但是随着物联网应用的蓬勃发展，WSN技术发展很快，物联网专业的WSN课程内容要与上述两个传统专业的相关课程相区别，必须讲授最新的热点技术。　　1课程现状及存在的问题　　（1）有限的课时设置与课程的丰富内容不相匹配。无

4、线传感器网络内容涵盖广泛，涉及计算机、通信、数学、信息、电子等多个学科，同时它也是一门理论与实践紧密结合的课程。从ZigBee、Wifi、蓝牙到6LowPan，各种无线传感器网络的最新技术都能设计相应的实验环节，以加深学生对理论知识的理解。目前受到研究生课时的限制，一般学校该课程课时设置均为32课时，在如此有限的时间内，如何有效讲授知识点、培养研究生的科学思路和研究方法则成为一个值得深入探讨的问题。　　（2）课程定位与教学特色问题。物联网专业本科阶段已开设了同名课程，研究生阶段的WSN课程如何与本科生课程相衔接，且在教学中突出物联网交叉学科特色是课程建设中要解决的关键

5、问题。　　（3）研究生培养模式和授课方法问题。卢梭说过：“问题不在于告诉他（学生）一个真理，而在于教他（学生）怎样发现真理。”6这正是近代研究生教育追求的研究性教学理念。本科阶段学生第一次接触WSN，因而该阶段注重对知识点的讲授。到了研究生阶段，课程应更多地教授学生科学研究的方法，帮助学生发现学科的前沿热点，并指导他们开展深入研究。　　综上课程存在的不足，笔者在课程的研究生教学阶段改变了本科以讲授知识点为主要手段的教学模式，而采用以综合性实验设计为贯穿主线的研究型教学模式。通过实验为主导的方式，教师创设一种类似科学研究的情境，指导学生对热点问题进行研究，使学生在独立、

6、主动的探索、思考、实践过程中吸收与应用知识，并解决问题。　　2课程建设内容　　2.1教材及实验内容选择与设计　　课程选用了2本教材[23]，一本实验教程[4]。第一本教材是孙利民老师的经典教材《无线传感器网络》，其内容按网络分层结构讲述了WSN的各个知识点。每章均可视作综述风格的科研论文，逻辑清晰，易于理解，用于培养学生的科研阅读能力，但是缺乏有特色的热点技术；第二本教材是国外的经典教材，其书写逻辑为面向问题的启发式学习，每章讨论一个WSN的支撑技术，如定位技术、同步技术、安全技术等，可用于启发学生的科学思维，学习如何发现一个科学问题以及如何针对该问题进行深入研究。实

7、验教程选用凌阳科技公司开发的最新物联网实验课程，包含最新的WSN技术实验。其内容从芯片基础实验到各种热点技术的实践，包括ZigBee协议栈系统实验、RFID基础实验、IPV6系列实验、嵌入式网关实验和手机控制实验等8大块，但是缺乏综合性实验。为此，学院又联合凌阳科技公司开发了若干综合性实验，包括自习室节能控制系统、智慧安防报警系统、图书管理系统、冷库管理系统和智慧停车系统等。6　　针对每个知识单元的核心知识点，借助凌阳公司开发的物联网实验箱[2]，参照学校已有的实验建设内容[56]，有针对性地设计了实验体系，如图1所示。共包含14个实验，其中前11个